全系列三维激光扫描技术在文物及考古测绘中的应用.pdf

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1、2013年9月天津大学学报(社会科学版)第15卷第5期·S4e3p6．·2013JOUＲNA天LOF津TIA大NJIN学UNI学VEＲ报SITY((社会科学版SOCIALSC)IENCES)Vol2．01153年No9．月5全系列三维激光扫描技术在文物及考古测绘中的应用1，222白成军，吴葱，张龙(1．天津大学建筑工程学院，天津300072;2．天津大学建筑学院，天津300072)摘要:三维激光扫描技术在文物及考古测绘中的综合应用，实现了文物及考古测绘由二维向三维、四维、乃至多维的革命性飞跃。在大量测绘实

2、践和分析研究基础上，文章对微观、中观、宏观等全系列三维激光扫描仪在文物与考古测绘中的应用相关问题进行了梳理，根据文物及考古测绘特点探讨了基于三维激光扫描技术的文物考古测绘成果多样化表现形式;进一步指出，将传统测量方法和先进测量技术融合贯通、优势互补是全系列三维激光扫描技术深度应用的基本途径。关键词:三维激光扫描技术;文物;考古;测绘成果表现中图分类号:P204文献标志码:A文章编号:1008-4339(2013)05-436-04［1］三维激光扫描技术又称为“实景复制技术”，是细成果，是实现三维激光扫描技

3、术这一革命性数据采20世纪90年代中期出现的一种以三维激光扫描仪和集方式在文物考古测绘领域深度应用的关键。扫描信息处理技术为核心的数据采集与处理技术，其［2］革命性的数据采集方式开创了面式数据采集的新一、全系列三维扫描基本原理及应用特点纪元，因其满足了文物考古测绘领域非接触、高速度、高密度、全数字化的数据采集要求，在短短几年时间内在文物测绘中，根据测绘对象尺度范围的大小，可迅速在考古发掘、古建筑测绘等文物保护领域得到了将三维扫描系统分为微观扫描系统、中观扫描系统及［3］广泛应用。宏观扫描系统。当前，“全方

4、位获取古代信息”的精细测绘与精细对于出土文物及建筑细部雕饰等小尺度与近距离发掘已经成为了文物保护及田野考古的主要发展方对象的扫描，可选用微观扫描系统进行扫描测绘。微［4］向。由微观手持扫描仪、中观地面测量型扫描仪和观扫描系统的核心设备为手持激光扫描仪，基本工作宏观车载、机载扫描仪，共同构成了文物考古测精细绘原理是:线激光器发出的激光扫描线到达被测物体表领域应用的全系列覆盖，为文物及考古精细测绘提供面后形成漫反射图像，图像经面阵CCD采集，在计算了可能，最大限度地提高了文物考古测绘的数据采集机中对激光扫描线

5、漫反射图像进行处理，依据扫描对效率和质量。但同时由于这些设备基本上进口于欧象的特征点与CCD面阵像素的对应关系计算物体的美、日本等国家，制造商和经销商出于商业利益和技术景深信息，依此得到物体表面的三维坐标数据集［5］［6］垄断的考虑，普遍对核心技术采取保密措施，给大合，即“点云”。手持式扫描系统为“涂刷式”扫描，多数不具备理工科背景的文物考古测绘人员正确使用借助事先布设好的控制点或扫描目标特征点将不同部设备和客观评价扫描成果质量设置了重重障碍。位扫描点云拼合在一起。扫描范围通常不大于2米，如何实现传统测量

6、方法与先进测量技术的优势互扫描相对精度一般可达到亚毫米级。补、如何根据扫描对象的特点选择不同的三维扫描仪、对于考古现场局部(如探坑)或文物建筑单体的如何根据文物建筑测绘或考古挖掘需求提供多样化精扫描，因其扫描区域通常在300米以内，可采用称之为收稿日期:2012-11-20．基金项目:国家自然科学基金重点资助项目(50738003);国家文物局指南针基金资助项目(20090305)．作者简介:白成军(1973—)，男，博士研究生，讲师．通讯作者:白成军，babybcj@sina．com．第15卷第5期白成

7、军等:全系列三维激光扫描技术在文物及考古测绘中的应用·437·地面测量型三维激光扫描仪的中观扫描系统。按照测的动态化管理和考古过程数字化再现。在建筑遗产保距方式分为脉冲式扫描仪和相位式扫描仪。采用脉冲护领域，借助于高精度的地面控制网，可实现文物建筑式测距扫描，扫描范围可达300米，但扫描数据精度较遗产的连续性扫描监测。低。相对而言，相位式扫描仪扫描距离较小(通常不二维数字线划图是文物保护工程领域所习用的工大于100m)，但数据采集精度较高，自由站扫描点云程语言，三维激光扫描系统为绘制不同部位、不同方向［7

8、］相对精度甚至可达到毫米级。传统全站仪测量需的二维数字线划图提供了强大的绘制功能，使处于前要人工干预帮助全站仪找到目标，每次只能测量一个端的文物测绘调查工作和后续的保护规划制定、修缮目标点。测量型三维激光扫描仪在任一扫描瞬间相当工程设计、施工等实现了无缝对接。二维线划图的绘于一个高速测量的全站仪系统，三维扫描变成基于一制根据测绘对象的特点可以采用下述几种技术路线实维测距和测角的单点定位。在处理器自动控制下，激现:对于局部构件的